High-precision tunneling transport of silicon electron spin qubits

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14485
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Yoneda Jun 東京工業大学, 超スマート社会卓越教育院, 特任准教授 (60734366)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 量子ビット / 量子ドット / 単一スピン / トンネル効果

Outline of Final Research Achievements

In this project, we focused on studying the coherent tunneling of electron spins in silicon quantum dots, a promising qubit platform for quantum computers. We demonstrated the feasibility of phase-coherent tunneling with high fidelity by enhancing the tunnel coupling between quantum dots and hence suppressing the effects of non-adiabatic tunneling. Furthermore, by understanding the phase coherence of electron spins in the tunneling region, estimating the noise spectrum of tunnel coupling based on measurements of spin exchange coupling fluctuations, and evaluating the activation energy characterizing the charge noise source, we have made progress in establishing phase-coherent tunneling of silicon spin qubits.

Free Research Field

ナノ構造物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

シリコンスピン量子ビットは、制御性と量子コヒーレンスに優れ、集積回路技術と親和性が高いことから、量子コンピュータへの応用が期待されている。本研究課題では、位相コヒーレンスを保ったままこの量子ビットをトンネル輸送する技術の確立と、シリコン量子コンピュータにおける将来的な活用につながる成果を得た。このようなトンネル輸送技術の活用によって、シリコン量子アーキテクチャの結合性や設計自由度の大幅な向上が見込まれ、将来的なシリコン量子ビットの集積化に革新をもたらす技術となりうる。